Електроліт з додаванням срібла підвищив ефективність літієвих батарей

Дослідники з Інституту науки та технологій Тегу Кенбук (Південна Корея) розробили технологію, яка значно продовжує «життя» літій-металевих акумуляторів. Ці батареї набагато ефективніші та безпечніші, ніж літійні, і здатні зберігати до 88,2% від початкової ємності протягом 200 повних циклів зарядки.

Практично вся електроніка, якою ми користуємося, працює на літійних акумуляторах. Гаджети, дитячі іграшки, портативні електроінструменти та побутова техніка – скрізь застосовуються саме ці електрохімічні системи зберігання енергії. Подальша їх експлуатація з розвитком мікроелектроніки та потребами користувачів, що зростають, потребує збільшення енергоємності.

Аноди в таких акумуляторах зазвичай виготовляють з вуглецевих матеріалів, зокрема графіту, альтернативою служить металевий літій. Його використання забезпечує меншу вагу батареї та щільність енергії у 10 разів вище.

Однак, коли батарея накопичує та витрачає заряд, на електродах нерідко з’являються металеві утворення – дендрити. Ці «відростки», немов коріння, вростають в електроліт і пробивають бар’єр, що поділяє анод і катод, що викликає коротке замикання або загоряння акумулятора. Крім того, ускладнюється подальший заряд системи зберігання енергії та скорочується термін експлуатації пристрою.

Команда південнокорейських учених запропонувала своє вирішення проблеми утворення дендритів, ввівши як електролітну добавку трифторметансульфонат срібла (AgCF₃SO₃, або AgTFMS) для підвищення стабільності ультратонкого (товщиною 20 мікрон) аноду з металу літію. Випробування показали, що використання такого електроліту призводить до одночасного утворення подвійного захисного шару зі срібла та фториду літію на поверхні. Він, як буфер, пригнічує появу дендритів. При цьому термін служби акумулятора збільшується сім разів, а показник збереження питомої ємності доходить до 88,2% протягом 200 циклів. Міцне покриття також забезпечує стабільність анода та знижує знос матеріалу.

Отримана технологія, як очікують вчені, прискорить комерціалізацію літій-металевих акумуляторів, які можна буде застосовувати як у побутовій електроніці та безпілотниках, так і у потужніших пристроях — електромобілях та суднах. Наукова робота опублікована в журналі Advanced Energy Materials.